核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt课件.ppt

第九章 核酸的酶促降解与核苷酸代谢,核酸基本组成单位：核苷酸（nucleotide)磷酸核苷酸 戊糖：核糖，脱氧核糖 核苷 嘌呤 腺嘌呤（adenine,A）碱基 鸟嘌呤（guanine,G）嘧啶 胞嘧啶（cytosine,C)胸腺嘧啶（thymine,T)尿嘧啶（uracil,U),知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识,核酸分为两大类:DNA和RNA,核苷酸的生理功能,1、核酸合成的前体（主要功能）；2、能量货币，通常是ATP，有时用UTP（糖原合成）、CTP（磷脂合成）、GTP（蛋白质合成）；3、活泼的中间物质：如UDPG和CDP-乙醇胺分别参与糖原和磷脂酰乙醇胺的合成，SAM参与甲基转移.4、作为其他物质的前体或辅酶/辅基的成分，如腺嘌呤核苷酸是很多辅酶的组成成分：NAD+/NADH、NADP+/NADPH、FAD、CoA5、参与信号传导：如cAMP和cGMP作为某些激素的第二信使；6、调节基因表达：如ppGpp和pppGpp参与调节原核细胞蛋白质的合成.7、作为酶的别构效应物参与代谢的调节；,“核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能延年益寿，乃至“长寿不老”；补充DNA，则细胞生长加快，人体机能就充满活力”。“我们所研究出的生命核酸采取更为科学的提取方法,直接从动物脏器中提取。DNA含量高，纯度高，与人体同源性高,加上产品是口服液，更易被人体肠胃所吸收和利用。”,第一节 核酸的酶促降解,不适宜人群：痛风，尿酸高者产品全称：珍奥核酸胶囊产品类型：保健产品生产厂家：大连珍奥生物工程股份有限公司功效成分：核酸（DNA+RNA）200毫克/粒、蛋白质、锌、铁等多种微量元素规 格：350毫克/粒保健作用：免疫调节适宜人群：体弱多病、体乏无力、抵抗力低下者用法用量：每日两次，每次23粒，温开水吞服，适加饮水量，以利代谢。,核苷酸是构成核酸的基本单位，食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。食物中的核酸通常以核蛋白的形式存在。核蛋白在胃中受胃酸作用，分解为核酸和蛋白质。核酸在小肠内受胰液和肠液中各种水解酶的作用逐步水解成核苷酸，核苷酸水解成磷酸、核苷，核苷再水解或磷酸解成碱基和戊糖（或磷酸戊糖）。降解的产物在小肠内被转化和吸收：只有戊糖和磷酸被吸收后参加体内的代谢，而大部分碱基被分解成尿酸等物质排出体外，少部分可被利用合成核苷酸。,一、食物核酸在消化道内消化成核苷酸及更小的分子,吸收及吸收后的去向 吸收 单核苷酸、核苷、P、R、B均可在小肠吸收。单核苷酸、核苷吸收进入肠粘膜细胞后可再 继续水解。吸收后的去向 P、R可被机体利用 B很少利用、分解后排出。,根据对底物的专一性,核糖核酸酶（RNase）,脱氧核糖核酸酶（DNase）,根据切割位点,核酸内切酶（endonnuclease）,核酸外切酶（exonuclease）,（一）核酸的降解核酸酶作用于核酸的磷酸二酯键的酶称为核酸酶,食物中核酸的消化与吸收,（二）核苷酸及核苷的降解1、核苷酸酶（或称磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2、3或5位置都能被水解下来。特异性磷酸单酯酶：只能水解3或5核苷酸（分别称为3-核苷酸酶或5-核苷酸酶）2、核苷酶 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆，水解核糖核苷与脱氧核糖核苷.核苷水解酶：主要存在于植物和微生物体内，反应不可逆，只水解核糖核苷，对脱氧核糖核苷不起作用。,核酸,胰核酸酶,核苷酸,磷酸单脂酶,核苷,嘧啶（嘌呤）,戊糖（植、微）,核苷水解酶,核苷磷酸化酶（主）,嘧啶（嘌呤）,戊糖-1-磷酸,脱氧戊糖-1-磷酸,核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径,醛缩酶,乙醛,甘油醛-3-磷酸,磷酸二脂酶,胰、肠核苷酸酶,H2O,H3PO4,二、细胞中核酸/核苷酸的降解产物可继续分解或参与合成代谢,细胞内核酸降解为核苷酸，以及核苷酸的进一步分解，均类似于上述食物中核酸的消化过程。细胞内核苷酸代谢包括分解代谢和合成代谢，二者在体内存在着精确的调节机制。,第二节 核苷酸的分解代谢,实际上就是碱基的分解代谢,一、嘌呤的分解代谢（一）嘌呤代谢概况 嘌呤碱的降解首先是水解脱氨，脱氨作用可在核苷酸或核苷或碱基的水平上进行。在动物组织中腺苷酸脱氨酶和腺苷脱氨酶活性很高，而腺嘌呤脱氨酶含量很低，因此腺嘌呤脱氨主要在核苷酸或核苷的水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布较广，因此鸟嘌呤脱氨主要在碱基水平上进行。人体内嘌呤分解代谢的特点：1.氧化降解，环不打破;2.最终产物:尿酸、NH3 3.嘌呤代谢障碍:高尿酸血症、痛风 植物和微生物体内的嘌呤代谢的途径大致与动物相似。（二）嘌呤的分解代谢过程,腺嘌呤的分解,嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。,腺嘌呤可在不同的水平进行降解,腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素+乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3+2CO2,（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）,（灵长类以外的哺乳动物）,（鱼类、两栖类）,（海洋无脊椎动物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊素酶,尿囊酸酶,脲酶,硬骨鱼,嘌呤碱的分解,嘌呤代谢的终产物形式,尿酸,灵长类，鸟类、爬虫类、软体动物、海鞘类、昆虫类,尿囊素,哺乳动物（灵长类除外）、腹足类,尿囊酸,硬骨鱼,尿素,大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类,氨,甲壳类、咸水瓣鳃类,别嘌呤醇治疗痛风的机理,二、嘧啶的分解代谢 不同生物对嘧啶碱的分解过程也不完全一样，一般情况下嘧啶要先脱去氨基再进行进一步分解，脱氨基也可在核苷或核苷酸水平上。嘧啶核苷酸分解特点：1.还原降解，环被打破 2.终产物:NH3、CO2、-丙氨酸、-氨基异丁酸 嘧啶碱的降解物易溶于水，因此嘧啶碱代谢异常的疾病较少。,第三节 核苷酸的合成代谢,几乎所有的生物都能自身合成核苷酸，而合成的手段主要包括两条基本途径：(1)从头合成（de novo synthesis pathway）指利用简单的小分子物质，如磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等开始，经过一系列酶促反应，消耗较多的能量合成核苷酸的过程。合成部位：肝是合成的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓无法进行此合成途径.(2)补救合成（salvage synthesis pathway）指核苷酸降解的中间物质（包括碱基和核苷）被循环利用，重新转变成核苷酸的过程。显然该途径涉及的反应和能耗较少，又称重新利用途径。合成部位：脑、骨髓,（一）嘌呤核苷酸的“从头合成”(1)肝脏、小肠粘膜和胸腺的胞液，其中肝是主要器官。(2）嘌呤核苷酸是在5-磷酸核糖的C-1上逐步合成的,产物是次黄嘌呤核苷酸（IMP）。从IMP再合成AMP和GMP。（3）前体物质包括：PRPP、CO2、Asp、Gly、Gln和N10-甲酰-FH4，反应中消耗ATP或GTP，共需要10步反应。（4）IMP的合成需消耗5 ATP,6个高能磷酸键。IMP转变成AMP或GMP又各消耗1个GTP和1个ATP。,一、嘌呤核苷酸的合成,John Buchanan 和Robert Greenberg各自使用同位素标记的小分子喂养鸽子，通过鸽子粪便中尿酸分子上的同位素的分布，首先确定了嘌呤环上各原子的来源。,合成过程分为两个阶段：第一阶段：IMP的合成（11步）第一步由5-磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸激酶或PRPP合成的酶催化下合成PRPP，PRPP是5-磷酸核糖的活化形式。作为底物的5-磷酸核糖主要有两个来源：一是磷酸戊糖途径；二是核苷酸的降解产物核糖-1-磷酸的异构化。PRPP是一种极为重要的代谢中间物，参与嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成和补救合成，还参与某些核苷酸类辅酶（辅酶和）和某些氨基酸的（His和Trp）的合成。第二阶段：IMP AMP、GMP ATP、GTP,1、次黄嘌呤核苷酸(IMP)的从头合成,（PRA）,2、由IMP合成AMP or GMP,嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。先合成 IMP，再转变成 AMP或GMP。PRPP是5-磷酸核糖的活性供体。,嘌呤核苷酸从头合成特点,1、嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸（或称为磷酸核糖转移酶途径，是主要途径）腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)，合成AMP；次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)：合成IMP和GMP。HGPRT比APRT 活性高。90%的嘌呤碱基通过HGPRT合成。,(二)补救合成（脑、骨髓中）,有两条合成途径,2、腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸 碱基与1-磷酸核糖通过核苷磷酸化酶转变为核苷，核苷通过核苷激酶生成核苷酸。但在生物体内只发现有腺苷激酶,缺乏其他嘌呤核苷的激酶。腺苷激酶(adenosine kinase),3、合成过程,腺嘌呤+1-磷酸核糖,腺苷+Pi,核苷磷酸化酶,4、补救合成的意义,一方面可以节省“从头合成”时能量、氨基酸等原料的消耗；另一方面，脑、骨髓等器官由于缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶系，只能进行补救合成。,二、嘧啶核苷酸的合成代谢,（一）“从头合成”途径的特点（1）它与嘌呤核苷酸从头合成至少有两个显著的差别：一是嘌呤核苷酸是先形成-N糖苷键，然后再逐步形成嘌呤环，而嘧啶核苷酸是先形成嘧啶环，然后再与PRPP形成-N糖苷键；二是嘌呤核苷酸合成的所有反应都发生在细胞液内，而嘧啶核苷酸的合成有些反应是线粒体内发生的.先合成UMP，再转变成dTMP和CTP。（2）合成部位：肝的 胞液和线粒体（3）关键中间产物：乳清酸（4）前体物质：PRPP、CO2、Asp、Gln,嘧啶合成的元素来源,氨基甲酰磷酸,1、UMP的合成(发生在胞液)UMP的从头合成共有6步反应。其中氨甲酰磷酸合成酶（CPS）是嘧啶核苷酸从头合成的限速步骤。它与CPS区别主要有三点。现已明确，哺乳动物细胞催化前三步反应的酶，即CPS、ATC和二氢乳清酸酶（CAD）位于同一条大小为243KD的多肽链上，是一种多功能酶。而催化后两步的酶即乳清酸磷酸核糖转移酶和OMP脱羧酶也位于同一条多肽链上。,UMP UDP UTP,尿苷酸激酶,ATP ADP,ATP ADP,核苷二磷酸激酶,CTP,CTP合成酶,谷氨酸 谷氨酰胺ADP+Pi ATP,2、由UMP UTP CTP,是在三磷酸水平上进行的。,3、dTMP或TMP的生成,FH2还原酶,FH4,NADP+,NADPH+H+,dUMP,dTMP,UDP,核糖核苷酸还原酶,dUDP,CTP,CDP,dCDP,dCMP,主要方式,是在一磷酸水平上进行的,嘧啶+PRPP,磷酸嘧啶核苷+PPi,嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶核苷+ATP,尿苷激酶,UMP+ADP,胸腺嘧啶核苷+ATP,胸苷激酶,TMP+ADP,T/U/OA，C不可以,（二）嘧啶核苷酸的补救合成（脑、脊髓中）参与嘧啶核苷酸补救合成的酶主要有核苷磷酸化酶和核苷激酶（如胸苷激酶），为主要方式。嘧啶磷酸核糖转移酶也可催化合成补救合成,尿嘧啶+1-磷酸核糖,尿苷磷酸化酶,尿嘧啶核苷+Pi,三、核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（NTP）的合成,（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP,（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP,核苷单磷酸激酶,核苷二磷酸激酶,不同的核苷单磷酸激酶对碱基的特异性不同，但对戊糖无特异性，即不在乎是核糖还是脱氧核糖。,核苷三磷酸的合成应分别考虑：ATP可以通过底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化直接生成；GTP也可以通过底物水平的磷酸化合成；其他NTP是在核苷二磷酸激酶的催化下形成的。核苷二磷酸激酶对碱基和戊糖均无特异性要求。,四、脱氧核苷酸的合成,1、核糖核苷酸的还原 通过核糖核苷酸还原酶催化相应的核苷二磷酸（NDP，A、G、C、U）还原生成。,核糖核酸还原酶系,硫氧还蛋白还原酶,核糖核苷酸还原酶,硫氧还蛋白,2、dTMP的生物合成,由dUMP甲基化而成，细胞内生成dUTP有2条途径：dUDP 激酶 dUTP 水解（快）dCDP 激酶 dCTP 脱氨酶 dUMP 胸腺嘧啶核苷酸合酶 dTMP N5,N10-亚甲基THF FH2 氨基蝶呤（氨甲蝶呤）：均为四氢叶酸类似物，不可逆抑制二氢叶酸还原酶，抑制THF合成，并进一步抑制包括胸苷酸合成在内的一碳单位转移反应，抗肿瘤,dTMP或TMP的生成是在一磷酸水平上进行的,嘌呤核苷酸从头合成总结,IMP,UMP,嘧啶核苷酸从头合成总结,